O－RAN测试解决方案和用例解析

5G是向开放无线电接入网络（O-RAN）迁移的主要推动力。随着5G的发展，网络密度将成倍增加，移动运营商需要采用基于标准的网络来提高资源利用率。此外，现有的网络基础设施和传统的前传技术只是无法解决5G带来的不断增长的需求和带宽。移动网络运营商需要O-RAN才能发展到5G。

同时，诸如虚拟化和软件定义网络（SDN）之类的创新技术已经成熟。这些技术现在可以集成到无线电接入网络中。借助O-RAN，移动网络运营商可以最大化其网络性能，并优化其资本和运营支出（CAPEX / OPEX）。例如，Rakuten Mobile希望通过迁移到O-RAN来节省30％的CAPEX和28％的OPEX（参考文献1）。

O-RAN为移动网络运营商提供了巨大的潜力。开放的网络通过引入新的参与者来促进创新，这些网络也是基于标准的，从而可以使不同供应商的设备之间实现互操作性。

O-RAN范式

O-RAN在提供更大的网络构建灵活性的同时，也代表了移动网络运营商的范式转变。到目前为止，基站是来自单个网络供应商的单个实体，因此已作为一个单元进行了测试。使用O-RAN，基站由来自不同供应商的不同组件组成。甚至子组件也可能来自不同的供应商。

O-RAN的主要组件包括：

中央单元（O-CU），负责处理网络和用户设备之间协议的分组数据汇聚协议（PDCP）层。

分布式单元（O-DU），用于处理媒体访问层（MAC），无线电链路层（RLC）和高级物理（H-PHY）层。

执行快速傅立叶变换（FFT），一些波束成形和预编码的无线电单元（O-RU）。

RAN智能控制器（RIC）包括非实时RIC，该RIC从O-DU，O-CU和O-RU收集信息，执行分析并使用机器学习（ML）和人工智能（AI） ）针对这些网络元素生成建议以优化RAN；以及将命令推送到网元的近实时RIC。

图1 O-RAN包含各种组件。

移动网络运营商需要将这些元素放在一起，并确保他们从不同供应商处获得的组件能够无缝地相互配合。尽管详细的规范已经详细说明，但仍有解释的余地​​，也带来了挑战。

O-DU测试挑战

尽管所有O-RAN组件都必须进行互操作性测试，但从这个角度来看，DU仍然面临着巨大的挑战。首先，管理平面（M平面）的实现可能会引起问题，因为DU在实现M平面时会期望某些参数，并且在不满足这些条件时会停止工作。这可能是一个巨大的挑战，因为帮助管理无线电单元的YANG模型具有6，000多个参数，其中少于3％是必选参数，并且网络供应商还实现了自定义协议。

O-RAN规范中的启动顺序也有很大的灵活性。如果RU行为与预期不同，某些DU会跳过get-schema流程或停止工作。

如果缺少某些协议选项，DU设备也可以停止运行。例如，如果动态主机配置协议（DHCP）选项与预期的不完全相同，则某些DU将停止运行。

O-RAN规范包括控制平面（C平面）和用户位置（U平面）的许多实现，这些平面的映射将根据RU的类型而变化。DU设计用于特定的RU类型，波束成形模型和压缩率。DU通常支持作为非预编码无线电单元的“类别A” O-RU或作为支持调制压缩的预编码单元的“类别B” O-RU。它们通常还仅支持一个波束成形模型-预定义的，基于权重的，属性或通道-每个模型都有特定的方法和选项。

所有这些选项都非常适合创新，但是从测试的角度来看，各种协议实现方式都带来了巨大的挑战。此外，验证前传时间至关重要。O-RU需要与DU紧密同步，以实现诸如时分双工（TDD），多输入/多输出（MIMO）和多RU载波聚合等功能。

最后，多用户MIMO（MU-MIMO）需要与O-DU供应商紧密合作。O-RAN联盟已经通过O-RAN接口实现了标准化的通信，但是使用探测参考信号（SRS）和波束权重仍然是特定于供应商的。

O-RAN测试解决方案和用例

为了克服这些挑战，您将需要一个测试解决方案，该解决方案应提供广泛的功能，以涵盖来自不同供应商的RU。M平面的灵活性要求模拟来自不同RU的多种行为。根据O-RAN.WG4.CUS.0-v05.00规范，您的测试解决方案还需要同时支持A类和B类O-RU和同步平面（S平面）功能，因此您可以验证前传同步。与特定的实现保持一致需要支持波束成形和MU-MIMO自适应。

图2显示了使用真实演进型分组核心（EPC）网络进行5G非独立（NSA）O-DU测试的可能配置。

图2 RU模拟器和流量生成器支持5G NSA O-DU测试。

在此配置中，RU仿真器通过前传eCPRI接口连接到DU，并使用X2接口上的LTE锚连接到CU。模拟器使用S1-AP接口连接到核心网络。流量生成器提供网络上的负载。

对于5G独立（SA）测试，配置可以更简单，因为RU模拟器不需要仿真eNB（图3）。RU模拟器仅使用eCPRI接口连接到DU。

图3 RU模拟器和流量生成器为5G SA O-DU测试提供了更简单的配置。

但是，完整的O-DU测试需要环绕测试。图4显示了在5G NSA环境中使用模拟EPC进行环绕式O-DU测试的示例配置。

图4 RU模拟器连接到核心网络模拟器，以在5G NSA环境中启用O-DU环绕测试。

RU仿真器通过eCPRI接口连接到DU，并通过X2接口通过LTE锚连接到CU，但是使用S1-AP接口连接到仿真核心网络的仿真器。

图5显示了具有模拟5G核心网络的5G SA的设置。如图2所示，RU模拟器使用eCPRI接口连接到DU，但是模拟器模拟5G核心网络。

图5 RU模拟器和核心网络模拟器可在5G SA环境中进行O-DU测试。

克服O-DU互操作性测试挑战

O-RAN运动正在蓬勃发展。建立基于O-RAN标准的设备的公司正在导致对该规范的快速改进。O-RAN带来的更大灵活性也代表了现在需要将各种网络元素放在一起的移动网络运营商的范式转变。确保来自不同供应商的组件能够无缝协同工作已成为当务之急。互操作性测试可能具有挑战性，特别是对于DU，这是因为协议实现具有高度灵活性以及需要与RU紧密同步。测试解决方案具有广泛的功能，可以覆盖来自不同供应商的RU，这对于在O-DU互操作性测试中取得成功至关重要。